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En direct des laboratoires

 

22 mai 2017

Dans les choux ou dans les roses ? Le déterminisme du sexe chez le corail rouge

 

Le corail rouge est une espèce emblématique de Méditerranée dont les populations sont affectées par la hausse des températures. Une étude génomique menée par l’Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale a mis en évidence chez cette espèce à sexes séparés, un déterminisme génétique du sexe de type XY / XX. Il s'agit de la première démonstration d'un tel déterminisme chez les animaux non bilatériens et un nouvel exemple d'évolution indépendante de chromosomes sexuels. Ces résultats ont permis la mise au point d'une méthode de sexage moléculaire.

 

Figure 1 : gros plan sur une colonie de corail rouge. Au niveau de chaque polype on reconnaît les huit tentacules caractéristiques des octocoralliaires. à l'intérieur du polype le plus à droite on observe plusieurs larves prêtes à sortir, il s'agit donc d'une colonie femelle.

© Frédéric Zuberer, CNRS / OSU Pythéas

 

La reproduction sexuée est très répandue chez les organismes eucaryotes mais elle se fait selon des modalités très variées. Pour les espèces qui ont des sexes séparés (espèces dites gonochoriques), les mécanismes de déterminisme du sexe sont aussi très variés. Deux extrêmes peuvent être envisagés : un déterminisme génétique où le sexe dépend des gènes dont hérite un individu, et un déterminisme environnemental où le sexe va dépendre des conditions dans lesquelles il se développe. Le déterminisme génétique du sexe est connu par exemple chez les mammifères où les mâles sont dits hétérogamétiques (ils ont des chromosomes sexuels différents X et Y) alors que les femelles sont homogamétiques (elles ont deux chromosomes X). Le déterminisme environnemental se rencontre par exemple chez divers reptiles où la température d'incubation des œufs va déterminer la proportion de mâles et de femelles.

Le corail rouge, Corallium rubrum (figure 1), est un cnidaire octocoralliaire gonochorique, qui vit en Méditerranée et dans le proche Atlantique, à des profondeurs allant de 5 à plus de 1000 m. Cette espèce a été affectée par des événements de mortalités liées à des épisodes de températures anormalement élevées et stables. Afin de comprendre la réponse de cette espèce au stress thermique et ses capacités d'adaptation à des profondeurs et donc des régimes thermiques différents, nous avons entrepris une étude combinant génomique des populations et étude du transcriptome. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet ANR Adacni (http://adacni.imbe.fr) et de la thèse de Marine Pratlong financée par le Labex OT-Med. En séquençant plus de 25 000 fragments pris aléatoirement dans le génome nous recherchons des locus dont la variabilité pourrait être corrélée aux conditions environnementales locales. Cette recherche nous a permis de mettre en évidence des différences génétiques entre colonies mâles et femelles, et de manière cohérente sur plusieurs populations. Une analyse plus précise des données montre que le sexe est non seulement déterminé génétiquement chez cette espèce, mais aussi que le déterminisme correspond à un système de type XX / XY comme chez les mammifères. En effet certains locus apparaissent spécifiques des mâles ce qui nous a permis de mettre au point une méthode de sexage par PCR en temps réel. La figure 2 montre ainsi des taux d'amplification différents selon le sexe pour des marqueurs spécifiques des mâles. Une telle méthode permettrait une détermination du sexe plus aisée que la méthode classique qui repose sur des coupes ou dissections de polypes. L'analyse génomique nous a aussi permis de montrer que dans la plupart des populations analysées les proportions de mâles et de femelles étaient similaires.

Comment expliquer la présence de systèmes de déterminisme sexuel similaires chez des espèces aussi éloignées dans l'arbre phylogénétique des animaux ? L'évolution des chromosomes sexuels des mammifères est assez bien connue et on sait que l'émergence du chromosome Y chez ces espèces remonterait à 170 millions d'années environ après la divergence entre les monotrèmes et autres mammifères. D'autre part le système XX / XY est présent chez des organismes divers et sans lien de parenté comme les mouches drosophiles, la papaye, et donc le corail rouge. Ces éléments confirment que des chromosomes sexuels sont apparus et ont évolué indépendamment à plusieurs reprises chez les eucaryotes (convergence évolutive). Dans le cas des animaux, le corail rouge fournit la première démonstration claire d'un déterminisme génétique du sexe chez les animaux non bilatériens (principalement les cnidaires, éponges et cténophores). Par ailleurs nous avons identifié chez cette espèce un gène Dmrt connu pour intervenir dans les processus de différenciation sexuelle chez les animaux, et également dans le développement sexuel chez les cnidaires. L'ensemble de ces résultats ouvre la voie à de nouvelles études de l'évolution des chromosomes sexuels et du déterminisme du sexe dans des branches moins explorées de l'arbre du vivant.

 

 

Figure 2 : méthode de sexage moléculaire par PCR quantitative en temps réel sur un marqueur génétique mâle-spécifique (valeurs de fluorescence pour chaque échantillon après chaque cycle de PCR). Le nombre de cycle à partir duquel la fluorescence atteint la valeur seuil est déterminé pour chaque échantillon. Deux groupes d'individus se distinguent: les mâles avec un nombre de cycles PCR plus petit (ici autour de 21), et les femelles avec un nombre nécessaire de cycles plus grand (ici autour de 26). 

 

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Référence 

Evidence for a genetic sex determination in Cnidaria, the Mediterranean red coral (Corallium rubrum).
Pratlong M, Haguenauer A, Chenesseau S, Brener K, Mitta G, Toulza E, Bonabaud M, Rialle S, Aurelle D, Pontarotti P.

R Soc Open Sci. 2017 Mar 1;4(3):160880. doi: 10.1098/rsos.160880. eCollection 2017 Mar.

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Contact chercheur

Anne Haguenauer, Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE) - Université CNRS/Aix-Marseille/Université Avignon Pays De Vaucluse/IRD

Email : anne.haguenauer@imbe.fr

 

Didier Aurelle, Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE) - CNRS/Aix-Marseille/Université Avignon Pays De Vaucluse/IRD

Email : didier.aurelle@univ-amu.fr

 

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